CN104991281B - 一种煤层埋藏深度的探测方法和装置 - Google Patents
一种煤层埋藏深度的探测方法和装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种煤层埋藏深度的探测方法和装置，涉及地质与地球物理领域。克服了由于表层电阻率不均匀性造成的静态效应影响，使得相邻测点视电阻率曲线的平移的现象，造成无法计算煤层的埋藏深度的问题，包括：获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值。本发明通过地球物理电磁探测的方式，定量计算煤层埋藏深度，避免了由于相邻测点视电阻率曲线的平移带来的误差，提高了地质解释的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及地质与地球物理领域，尤其涉及一种煤层埋藏深度的探测方法和装置。
背景技术
在煤田应用领域，确定煤层埋藏深度的地球物理方法研究十分有意义。电法勘探的探测深度一直是地球物理勘探的重要研究内容之一。因为无论是施工设计还是资料解释，都需要预先确定所用的方法、装置和仪器等能否达到目的层，以完成地质任务；对于野外作业中观测到的不同极距、不同频率、不同采样时间的数据，需要确定它们包含了哪一深度范围内的地质信息，以便给出正确的解释结果。由于对深度的估算如此重要，故在电法和电磁法勘探方法的发展过程中，都伴随着对探测深度的研究。
电磁频率测深法是采用可以控制的人工场源的一种电磁勘探方法，通过改变供电和接收信号频率来达到测深的目的，其中最常用的是把场源(可以改变频率的发送机)产生的交变电流通过一定长度的导线连接到两个接地的电极上，将交变电流供入大地，通常称为水平电偶极子。有时也将交变电流通过不接地的水平线圈作为场源，通常称为垂直磁偶极子。
电磁频率测深法具有工作效率高、勘探深度大、分辨能力好、装置灵活，施工方便参数多，受地形影响小，穿透高阻层能力强等优点。
根据电磁场理论，当场源建立后，电磁场分布在地下的任何一个深度范围内。为了方便起见，往往需要定义电磁场深度。以人工源电磁频率测深方法为例，利用电磁波在大地介质中传播的“趋肤深度”来确定探测深度，所述“趋肤深度”表示地层中有交流电或者交变电磁场传播时，地层中的电流能量衰减到起始能量的时，电磁波到达的深度。
趋肤深度计算公式为：(米)
式中：δ：趋肤深度，ρ1：地层电阻率，f：工作频率。
从上式中可知：穿透深度(即趋肤深度)取决于两个参数：地层电阻率和所使用的电磁信号频率。如果视电阻率值发生严重失真或畸变，按上式计算的穿透深度的可靠性大大降低。
例如，当受表层电阻率的不均匀性造成的静态效应影响时，会造成相邻测点视电阻率曲线的整体上下平行移动(如图1所示)，纵坐标上看，视电阻率值的大小发生变化。由于地表不均匀的原因，导致相邻测点的视电阻率值变化很大。曲线整体上移，会使计算的深度偏大，相反，曲线整体下移，会使计算的深度偏小。如果直接按照受静态效应影响的实测的视电阻率计算煤层的埋藏深度，会带来很大的误差，严重影响了地质解释的可靠性。。
另外，在实际工作中，穿透深度往往还要受到来自仪器本身和外部的电磁噪声以及地质背景噪声的干扰，这直接影响了观测数据的质量及反演解释计算的顺利进行。
发明内容
本发明为了克服表层电阻率不均匀性造成的静态效应影响，使得相邻测点视电阻率曲线的平移，造成无法计算煤层的埋藏深度的罔题，提出一种煤层埋藏深度的探测方法和装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种煤层埋藏深度的探测方法，包括：
获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值。
进一步地，获得所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板。
进一步地，将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值包括：
根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
将所述特征观测频率对应的特征周期参数乘以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
进一步地，所述获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数包括：
将每个所述钻孔煤层所述钻孔的电磁频率测深曲线的特征周期参数除以埋藏深度，获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
进一步地，根据每个所述特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线包括：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
本发明还提供一种煤层埋藏深度的探测装置，包括：
测深模块，用于获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
确定模块，用于确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
类比模块，用于将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值。
优选地，类比模块中所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
对应单元，用于建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
系数单元，用于获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
曲线单元，用于根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
量板单元，用于将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板。
优选地，类比模块包括：
查找单元，用于根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
乘法单元，用于将所述特征观测频率对应的特征周期参数乘以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
优选地，所述系数单元具体用于：
将每个所述钻孔煤层所述钻孔的电磁频率测深曲线的特征周期参数除以埋藏深度，获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
优选地，所述曲线单元具体用于：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
与现有技术相比，本发明的方法和装置，通过地球物理电磁探测的方式，定量计算煤层埋藏深度，通过钻孔上方测深曲线的特征周期参数，确定钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数和测区的煤层埋藏深度的计算系数量板，计算测区任意测点的煤层埋藏深度。避免了由于相邻测点视电阻率曲线的平移带来的误差，提高了地质解释的可靠性。
附图说明
图1为现有技术相邻测点表层电阻率的静态效应平移影响图；
图2为本发明实施例的一种煤层埋藏深度的探测方法的流程图；
图3为本发明实施例的一种煤层埋藏深度的探测装置的结构示意图；
图4为本发明实施例一的钻孔上方所测量的视电阻率值随频率号变化的曲线图；
图5为本发明实施例一的测区的煤层埋藏深度的计算系数量板图；
图6为本发明实施例一的测区的任意探测点测深视电阻率曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在图1中，由于地表不均匀性影响，虽然相邻测点的两线发生上下平行移动，但是，可明显看出，从横坐标水平方向看，两个曲线的极小值、极大值、拐点等特征点与频率大小的对应关系没有改变。如果把钻探成果中所记录的煤层的埋藏深度与测深曲线中的极小点对应的频率结合起来，寻找两者之间的关系式，则可以更可靠地预测煤层的埋藏深度。
如图2所示，本发明实施例依据上述原理，提供一种煤层埋藏深度的探测方法，包括：
A、获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
B、确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
C、将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值。
其中，步骤C中获得所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板。
首先，获取钻孔上方测深曲线的特征周期参数：在测区内的预先设置的钻孔位置的上方进行电磁频率测深，获得每个钻孔位置上方的测深视电阻率随探测频率变化的测深视电阻率曲线，并确定测深曲线中的视电阻率极小值对应的特征观测频率及特征周期参数。
然后，获得各钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数：用某一个钻孔上方的电磁频率测深视电阻率曲线的特征周期参数除以该钻孔位置的煤层埋藏深度，得到由该钻孔资料确定的煤层底板埋藏深度的计算系数；依次类推，获得各钻孔煤层埋藏深度的计算系数。
最后，获得整个测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板：以计算系数为纵坐标，以特征周期参数为横坐标，把由所有钻孔资料所确定的煤层埋藏深度的计算系数画在直角坐标中，得到整个测区的所有钻孔煤层埋藏深度的计算系数，根据这些计算系数在坐标系中的分布趋势，得到煤层埋藏深度的计算系数--特征周期参数之间的关系式曲线，也就形成了整个测区的煤层埋藏深度的计算系数量板。
步骤C中将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值包括：
根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
将所述特征观测频率对应的特征周期参数除以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
对于测区内的任意探测点测深视电阻率曲线，首先确定该曲线的特征点极小值所对应的特征周期参数；在煤层底板埋藏深度的计算系数量板中找到该特征周期参数值所对应的计算系数；用该特征周期参数除以所应的计算系数，就得到了任意探测点的煤层埋藏深度值。依次类推，得到测区内所有探测点的煤层埋藏深度值。
根据每个所述特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线包括：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
如图3所示，本发明实施例还提供一种煤层埋藏深度的探测装置，包括：
测深模块，用于获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
确定模块，用于确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
类比模块，用于将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值。
其中，类比模块中所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
对应单元，用于建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
系数单元，用于获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
曲线单元，用于根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
量板单元，用于将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板。
类比模块包括：
查找单元，用于根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
乘法单元，用于将所述特征观测频率对应的特征周期参数除以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
所述系数单元具体用于：
将每个所述钻孔的电磁频率测深曲线的特征周期参数除以该钻孔的煤层埋藏深度，获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
所述曲线单元具体用于：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
实施例一
以某矿区实际观测数据为例，说明本发明实施例中煤层埋藏深度的探测结果。
一、获取钻孔上方测深入曲线的特征周期参数：
(1)在测区内的ZP1钻孔位置的上方进行电磁频率测深，获得钻孔位置上方的不同频率情况下的测深视电阻率曲线(如图4所示)。图4中，纵坐标表示在ZP1钻孔上方所测量的视电阻率值，横坐标表示频率号。
(2)确定测深视电阻率曲线中的特征点极小值对应的特征观测频率号为13号频率。通过查表1，得到13号频率值为fk＝43.8Hz，通过查找表1，得到特征周期参数0.151。
注：表1中的特征观测频率与特征周期参数之间的计算关系如下：
由特征观测频率fk计算特征周期Tk，具体计算公式如下：
由特征周期Tk确定特征周期参数K，具体计算公式如下：
表1特征观测频率-特征周期参数关系表
| 序号 | 频率fk | 特征周期参数K | 序号 | 频率fk | 特征周期参数K |
| 1 | 3956 | 0.0159 | 12 | 67.8 | 0.1214 |
| 2 | 2799 | 0.0189 | 13 | 43.8 | 0.151 |
| 3 | 1402 | 0.0267 | 14 | 30.5 | 0.181 |
| 4 | 982.7 | 0.0319 | 15 | 21.8 | 0.2141 |
| 5 | 699.8 | 0.0378 | 16 | 14.8 | 0.2559 |
| 6 | 489.5 | 0.0452 | 17 | 10.8 | 0.3029 |
| 7 | 349.3 | 0.0535 | 18 | 5.45 | 0.4283 |
| 8 | 244.9 | 0.0639 | 19 | 3.816 | 0.5119 |
| 9 | 174.5 | 0.0757 | 20 | 2.724 | 0.6058 |
| 10 | 123.4 | 0.0905 | 21 | 1.929 | 0.724 |
| 11 | 87.3 | 0.107 | 22 | 1.362 | 0.8567 |
二、获得各钻孔煤层埋藏深度的计算系数：
用某一个钻孔上方的电磁频率测深视电阻率曲线的特征周期参数除以该钻孔位置的煤层埋藏深度，得到由该钻孔资料确定的煤层底板埋藏深度的计算系数；依次类推，获得各钻孔煤层埋藏深度的计算系数。
依次类推，获得各钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
三、获得整个测区的煤层埋藏深度的计算系数量板：
以计算系数为纵坐标，以特征周期参数为横坐标，把由所有钻孔资料所确定的煤层埋藏深度的计算系数画在直角坐标中，得到整个测区的煤层埋藏深度的计算系数，根据这些计算系数在坐标系中的分布趋势，得到煤层埋藏深度--特征周期参数的平方根之间的关系式曲线，这一曲线就是整个测区的煤层埋藏深度的计算系数量板。
四、计算测区任意探测点的煤层埋藏深度：
对于测区内的任意测点的测深视电阻率曲线，首先找到该曲线的特征点极小值所对就应的特征周期参数；在煤层埋藏深度的计算系数量板中找到该特征周期参数所对应的计算系数；用该特征周期参数除以所应的计算系数，就得到了该任意探测点的煤层埋藏深度值。依次类推，得到测区内所有测点的煤层埋藏深度值
如图6所示，测区的任意探测点测深视电阻率曲线，图中，横坐标表示频率号，纵坐标表示视电阻率值(对数)，根据图中曲线判断，最小值对应的频率号是12号频率，通过查表1，得到12号频率值为fk＝67.8Hz，通过查找表1，得到特征周期参数K＝0.1214。
通过查图5，12号频率所对应的系数是3800，确定煤层埋藏深度为319米。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种煤层埋藏深度的探测方法，其特征在于：包括：
获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值；
获得所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板；
将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值包括：
根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
将所述特征观测频率对应的特征周期参数乘以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数包括：
将每个所述钻孔煤层所述钻孔的电磁频率测深曲线的特征周期参数除以埋藏深度，获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：根据每个所述特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线包括：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
4.一种煤层埋藏深度的探测装置，其特征在于：包括：
测深模块，用于获得待评估探测点随探测频率变化的测深视电阻率曲线；
确定模块，用于确定所述测深视电阻率曲线上视电阻率最小值所对应的特征观测频率；
类比模块，用于将所述探测点的特征观测频率与测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板类比，确定所述探测点的煤层埋藏深度值；
类比模块中所述测区的煤层底板埋藏深度的计算系数量板包括：
对应单元，用于建立预先设置的多个钻孔的煤层埋藏深度与对应的测深视电阻率曲线的特征观测频率之间的对应关系；
系数单元，用于获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数；
曲线单元，用于根据每个所述钻孔的特征观测频率和对应的计算系数确定计算系数曲线；
量板单元，用于将所述计算系数曲线作为煤层底板埋藏深度的计算系数量板；
类比模块包括：
查找单元，用于根据所述煤层底板埋藏深度的计算系数量板确定所述探测点的特征观测频率所对应的计算系数；
乘法单元，用于将所述特征观测频率对应的特征周期参数乘以对应的计算系数，获得所述探测点的煤层埋藏深度值。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述系数单元具体用于：
将每个所述钻孔煤层所述钻孔的电磁频率测深曲线的特征周期参数除以埋藏深度，获得每个所述钻孔煤层底板埋藏深度的计算系数。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述曲线单元具体用于：
将每个所述特征观测频率转换成对应的特征点周期；
将每个所述特征点周期数据开平方，获得特征周期参数；
将所述特征周期参数作为横坐标，对应的计算系数作为纵坐标，获得对应的计算系数曲线。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xue Guoqiang Inventor after: Zhong Huasen Inventor after: Di Qingyun Inventor after: Hou Dongyang Inventor after: Ma Zhenjun Inventor after: Chen Kang Inventor before: Xue Guoqiang Inventor before: Zhong Huasen Inventor before: Hou Dongyang Inventor before: Ma Zhenjun Inventor before: Chen Kang |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |